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  <title>计算机网络(三)--数据链路层 | 平步青云win</title>
  





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          <h2 class="post-title" itemprop="name headline">计算机网络(三)--数据链路层</h2>
        

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        <p>数据链路层属于计算机网络的底层，数据链路层使用的信道主要有以下两种类型：(1)点对点信道；(2)广播信道。<a id="more"></a></p>
<h2 id="3-1-点对点信道的数据链路层"><a href="#3-1-点对点信道的数据链路层" class="headerlink" title="3.1 点对点信道的数据链路层"></a>3.1 点对点信道的数据链路层</h2><h3 id="3-1-1-数据链路和帧"><a href="#3-1-1-数据链路和帧" class="headerlink" title="3.1.1 数据链路和帧"></a>3.1.1 数据链路和帧</h3><p><strong>链路</strong>：从一个点到相邻节点的一段物理链路，而中间没有任何其他的交换节点。</p>
<p><strong>数据链路</strong>：在一条线路上传输数据时，除了一条必须的物理线路外，还必须有一些必要的通信协议来控制这些数据的传输。把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，构成了数据链路。</p>
<p>数据链路层把网络层交下来的数据构成帧发送到链路上，以及把接收到的帧中的数据去除并上交给网络层。在因特网中，网络层协议数据单元就是IP数据报（或简称数据报、分组或包）。</p>
<p>点对点信道的数据链路层进行通信时的主要步骤：</p>
<ul>
<li>结点A的数据链路层把网络层交下来的IP数据报添加首部和尾部封装成帧。</li>
<li>结点A把封装好的帧发送给结点B的数据链路层。</li>
<li>若结点B的数据链路层收到的帧无差错，则从收到的帧中提取出IP数据报上交给上面的网络层，否则丢弃这个帧。</li>
</ul>
<h3 id="3-1-2-三个基本问题"><a href="#3-1-2-三个基本问题" class="headerlink" title="3.1.2 三个基本问题"></a>3.1.2 三个基本问题</h3><p>数据链路层协议有许多种，但有三个基本问题则是共同的。这三个问题是：封装成帧、透明传输和差错检测。</p>
<h4 id="1、封装成帧"><a href="#1、封装成帧" class="headerlink" title="1、封装成帧"></a>1、封装成帧</h4><p>封装成帧就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部。接收端在收到物理层上交的比特流后，就能根据首部和尾部的标记，从收到的比特流中识别帧的开始和结束。</p>
<p>首部和尾部的一个重要作用就是进行帧界定。此外，首部和尾部还包括许多必要的控制信息。在发送帧时，是从帧的首部开始发送。为了提高效率，应当使帧的数据部分长度大于首部和尾部的长度，但是，每一种链路层协议都规定了所能传送的<strong>帧的数据部分长度上限—最大传送单元MTU</strong>。</p>
<p><img src="https://i.imgur.com/Hraf5Uy.jpg" alt=""></p>
<p>当数据是由可打印的ASCII码组成的文本文件时，帧定界可以使用特殊的<strong>帧定界符</strong>。ASCII码是7位编码，一个可组成128个不同的ASCII码，其中可打印的有95个，而不可打印的控制字符有33个。如下图，可以说明帧定界的概念，一个控制符SOH放在一个帧的最前面，表示帧的首部开始。另一个控制符EOF表示帧的结束。请注意SOH和EOT都是控制字符的名称。它们的十六进制编码分别为01(二进制00000001)和04(00000100)。</p>
<p><img src="https://i.imgur.com/pBCEhIQ.jpg" alt=""></p>
<p>当数据在传输中出现差错时，帧定界符的作用更加明显。假定发送端在尚未发送完一个帧时突然出故障，中断了发送。当随后很快又恢复正常，于是重新从头开始发送刚才未发送完的帧。由于使用了帧定界符，在接收端知道前面收到的数据是个不完整的帧（只有首部开始符SOH，而没有传输结束符EOT），必须丢弃。</p>
<h4 id="2-透明传输"><a href="#2-透明传输" class="headerlink" title="2.透明传输"></a>2.透明传输</h4><p>由于帧的开始和结束的标记是使用专门指明的控制字符，因此在所传输的数据中的任何8个比特的组合一定不允许和帧界定的控制字符的比特编码一样，否则就会出现帧定界的错误。</p>
<p>当传送的帧是文本文件组成的时，其数据部分不会出现像SOH或EOT这样的帧定界控制字符。但当数据部分是非ASCII码的文本文件时（如二进制代码的计算机程序或图像等），情况就不同了。如果数据中的某个字节的二进制代码恰好和EOT和SOH这种控制字符一样，如下图，数据链路层就会错误地找到帧的边界。</p>
<p><img src="https://i.imgur.com/HKIxDf7.jpg" alt=""></p>
<p>像上图这样的传输就不是“透明传输”，因为当遇到数据中碰巧出现字符“EOT”时就传不过去了。数据中的“EOT”被错误地解释为“传输结束”的控制符，而在其后面的数据应找不到“SOH”被接收端当作无效帧而丢弃。</p>
<p><strong>透明</strong>表示：某一个实际存在的事物看起来却是好像不存在一样。在数据链路层透明传送数据，表示无论什么样的比特组合的数据都能够通过这个数据链路层。</p>
<p>为了解决透明传输问题，就必须设法将数据中可能出现的控制字符”SOH“和”EOT“在接收端不被解释未控制字符。具体的方法是：</p>
<p>发送端的数据链路层在数据中出现控制字符”SOH“和”EOT“的前面插入一个转义字符”ESC“（其十六进制编码是1B,二进制是00011011）。而在接收端的数据链路层在把数据送往网络层之前删除这个插入的转义字符。这种方法称为<strong>字节填充</strong>或<strong>字符填充</strong>。</p>
<p>如果转义字符也出现在数据当中，那么解决方法仍然是在转义字符的前面插入一个转义字符。因此当接收端连续收到两个转义字符时，就删除其中前面的一个。</p>
<p><img src="https://i.imgur.com/Z6MXzbG.jpg" alt=""></p>
<h4 id="3-差错检测"><a href="#3-差错检测" class="headerlink" title="3.差错检测"></a>3.差错检测</h4><p>比特在传输的过程中可能回产生差错：1可能会变成0，而0可能变成1，这就是<strong>比特差错</strong>。</p>
<p>在一段时间内，传输错误的比特占所所传输比特总数的比率为<strong>误码率BER</strong>。误码率与信噪比有很大关系，如果设法提高信噪比，就可以使误码率减小。实际的通信链路并非是理想的，不可能使误码率下降到零。因此，为了保证数据传输的可靠性，在计算机网络传输数据时，必须采用各种差错检测措施，目前在数据链路层广泛采用了<strong>循环冗余检验CRC</strong>的检错技术。</p>
<p>下面通过一个简单的例子来说明循环冗余检验的原理：</p>
<p>在接收端，先把数据划分为组，假定每组k个比特。现假定带传送的数据$M=101001(k=6)$。CRC运算就是在数据$M$的后面添加供差错检验用的$n$位冗余码，然后构成一个帧发送出去，一共发送$(k+n)$位。在所要发送的数据后面增加n位的冗余码，虽然增加了数据传输的开销，但却可以进行差错检验。</p>
<p>这n位冗余码可用以下方法得出：用二进制的<strong>模2运算</strong>进行$2^n$乘$M$的运算，这相当于在$M$后面添加$n$个0。得到的$(k+n)$位的数除以收发双方事先设定的长度位$(n+1)$位的除数$P$，得出商是$Q$而<strong>余数</strong>是$R$(n位，比P少一位)。在下图所示的例子中，M=101001(即k=6)。假定除数P=1101(即n=3)。经模2除法运算后的结果是：商Q=110101(这个商并没有什么用处)，而余数R=001。这个余数R就作为冗余码拼接在数据M的后面发送出去。这种为了进行检错而添加的冗余码被称为<strong>帧检验序列FCS</strong>。因此加上FCS后发送的帧是101001001（即$2^nM+FCS$）,共有(k+n)位。</p>
<p>CRC是一种检错方法，而FCS是添加在数据后面的冗余码，在检错方法上可以选用CRC，但也可不是CRC。</p>
<p><img src="https://i.imgur.com/Ct3xnFS.jpg" alt=""></p>
<p>在接收端把接收到的数据以帧为单位进行CRC检验：把收到的每一个帧都除以相同的除数$P$(模2运算)，然后检验得到的余数R。</p>
<p>如果传输过程中误差错，那么经过CRC检验后得出的余数R肯定是0。但如果出现错码，那么余数R仍等于零的概率是非常非常小的。</p>
<p>总之，在接收端对收到的每一帧经过CRC检验后，有以下两种情况：</p>
<ul>
<li>若得出的余数R=0，则判定这个帧没有差错，就接收。</li>
<li>若余数$R \seq 0$，则判定这个帧有差错（但无法确定究竟是哪一位或哪几位出现了差错）。</li>
</ul>
<p>在数据链路层，发送端帧检验序列FCS的生成和接收端的CRC检验都是硬件完成的，处理很迅速，因此并不会延误数据的传输。</p>
<p>现在并没有要求数据链路层向网络层提供<strong>”可靠传输“</strong>的服务，所谓可靠传输就是:数据链路层的发送端发送什么，在接受端就收到什么。</p>
<p>传输差错可分为两大类：</p>
<ul>
<li>一类是最基本的比特差错；</li>
<li>另一类传输差错更复杂些，帧没有出现比特差错，但却出现了帧丢失、帧重复或帧失序。</li>
</ul>
<p>在数据链路层使用CRC检验，能过实现无比特差错的传输，但这还不是可靠传输。OSI：必须让数据链路层向上提供可靠传输，因此在CRC检错的基础上，增加了<strong>帧编码、确认和重传机制</strong>。</p>
<h2 id="3-2-点对点协议PPP"><a href="#3-2-点对点协议PPP" class="headerlink" title="3.2 点对点协议PPP"></a>3.2 点对点协议PPP</h2><p>在通信线路质量较差的年代，使用能实现可靠传输的<strong>高级数据链路控制HDLC</strong>就成为当时比较流行的数据链路层协议。但现在HDLC已很少使用了。对于点对点的链路，简单得多得<strong>点对点协议PPP(Point-to-Point Protocol)</strong>则是目前使用得广泛得数据链路层协议。</p>
<h3 id="3-2-1-PPP协议的特点"><a href="#3-2-1-PPP协议的特点" class="headerlink" title="3.2.1 PPP协议的特点"></a>3.2.1 PPP协议的特点</h3><p>因特网用户通过要连接到某个ISP才能接入到因特网。PPP协议就是用户计算机和ISP进行通信时所使用的数据链路层协议。</p>
<p>PPP协议有三个组成部分：</p>
<ul>
<li>一个将IP数据封装到串行链路的方法。PPP既支持异步链路（无奇偶检验的比特数据），也支持面向比特的同步链路。IP数据报在PPP帧中就是其信息部分，这个信息部分的长度受最大传送单元MTU的限制。</li>
<li>一个用来建立、配置和测试数据链路连接的<strong>链路控制协议LCP</strong>。</li>
<li>一套<strong>网络控制协议NCP</strong>，其中的每一个协议支持不同的网络层协议。</li>
</ul>
<h3 id="3-2-2-PPP协议的帧格式"><a href="#3-2-2-PPP协议的帧格式" class="headerlink" title="3.2.2 PPP协议的帧格式"></a>3.2.2 PPP协议的帧格式</h3><h4 id="1-各字段的意义"><a href="#1-各字段的意义" class="headerlink" title="1. 各字段的意义"></a>1. 各字段的意义</h4><p>PPP的帧格式如下图，PPP帧的首部和尾部分别为四个字段和两个字段。</p>
<p>首部的第一个字段和尾部的第二个字段都是标志字段F(Flag)，规定为0x7E(符号0x表示它后面的字符是十六进制，十六进制的7E的二进制表示是01111110)。标志字段表示一个帧的开始或结束。因此标志字段就是PPP帧的定界符。</p>
<p>首部中的地址字段A规定为0xFF（即11111111），控制字段C规定为0x03（即00000011）。最初曾考虑以后再对这两个字段的值进行其他定义，但至今也没有给出。</p>
<p><img src="https://i.imgur.com/rdQkyet.jpg" alt=""></p>
<p>PPP首部的第四个字段2字节的协议字段。当协议字段为0x0021时，PPP帧的信息字段就是IP数据报。若为0xC021，则信息字段是PPP链路控制协议LCP的数据，而0x8021表示这是网络层的控制数据。</p>
<p>信息字段的长度是可变的，不超过1500字节。</p>
<p>尾部中的第一个字段(2字节)是使用CRC的帧检验序列FCS。</p>
<h4 id="2-字节填充"><a href="#2-字节填充" class="headerlink" title="2. 字节填充"></a>2. 字节填充</h4><p>当信息字段中出现和标志字段一样的比特(0x7E)组合时，就必须采取一些使用形式上和标志字段一样的比特组合不出现在信息字段中。</p>
<p>当PPP使用异步传输时，它把转义符定义为0x7D（即01111101），并使用字节填充。RFC 1662规定了如下所述的填充方法:</p>
<ul>
<li>把信息字段中出现的每一个0x7E字节转变成2字节序列（0x7D,0x5E）。</li>
<li>若把信息字段中出现一个0x7D的字节（即出现了和转义字符一样的比特组合），则把0x7D转变成2字节序列(0x7D,0x5D)。</li>
<li>若信息字段中出现ASCII码的控制字符(即数值小于0x20的字符)，则在该字符前面加入一个0x7D字节。例如：出现0x03(在控制字符中式”传输结束“ETX)就要把他转变为2字节序列(0x7D,0x23)。</li>
</ul>
<h4 id="3-零比特填充"><a href="#3-零比特填充" class="headerlink" title="3. 零比特填充"></a>3. 零比特填充</h4><p>PPP协议用在SONET/SDH链路时，是使用同步传输(一连串的比特连续传送)而不是异步传输(逐个字符地传送)。在这种情况下，PPP协议采用零比特填充方法来实现透明传输。</p>
<p>零比特填充的具体做法是：在发送端，向扫描整个信息字段。只要发现有5个连续1，则立即填入一个0。因此经过这种零比特填充后的数据，就可以保证在信息字段中不会出现6个连续1。接收端在收到一个帧时，先找到标志字段F以确定一个帧的边界，紧接着再用硬件对其中的比特流进行扫描。每当发现5个连续1时，就把这5个连续1后的一个0删除，以还原成原来的信息比特流。</p>
<p><img src="https://i.imgur.com/yBL05Lj.jpg" alt=""></p>
<p>这样就保证了透明传输：在所传送的数据比特流中可以传送任意组合的比特流，而不会引起对帧边界的错误判断。</p>
<h2 id="3-3-使用广播信道的数据链路层"><a href="#3-3-使用广播信道的数据链路层" class="headerlink" title="3.3 使用广播信道的数据链路层"></a>3.3 使用广播信道的数据链路层</h2><h3 id="3-3-1-局域网的数据链路层"><a href="#3-3-1-局域网的数据链路层" class="headerlink" title="3.3.1 局域网的数据链路层"></a>3.3.1 局域网的数据链路层</h3><p>局域网的数据链路层拆分成两个子层：逻辑链路控制(LLC)子层和媒体接入控制(MAC)子层。与接入到传输媒体有关的内容放在MAC子层，而LLC子层则与传输媒体无关，不管采用何种传输媒体和MAC子层的局域网对LLC子层来说都是透明的。</p>
<p><img src="https://i.imgur.com/qJBhYqq.jpg" alt=""></p>
<p>适配器的作用：</p>
<p>计算机与外界局域网的连接是通过通信<strong>适配器</strong>。适配器本来是在主机箱内插入的一块网络接口板（或者是在笔记本电脑中插入一块PCMCIA卡—个人计算机存储器卡接口适配器）。这种接口板又称为<strong>网络接口卡NIC</strong>。</p>
<p>在适配器上面装有处理器和存储器(包括：RAM和ROM)。适配器和局域网之间的通信是通过电缆或双绞线以串行传输方式进行的，而适配器和计算机之间的通信则是通过计算机主板上的I/O总线以并行传输方式进行的。因此，适配器的一个重要功能就是要进行数据串行传输和并行传输的转换。</p>
<h3 id="3-3-2-CSMA-CD协议"><a href="#3-3-2-CSMA-CD协议" class="headerlink" title="3.3.2 CSMA/CD协议"></a>3.3.2 CSMA/CD协议</h3><p>最早的以太网就是将许多计算机连到一个总线上。</p>
<p>总线的特点是：当一台计算机发送数据时，总线上的所有计算机都能检测到这个数据。这种就是广播通信方式。</p>
<p>但是不总是要在局域网上进行一对多的广播通信，为了在总线上实现一对一的通信，可以使计算机的适配器拥有一个与其他适配器都不同的地址。在发送数据帧时，在帧的首部写明接收站的地址。仅当数据帧中的目的地址与适配器ROM中存放的硬件地址一致时，该适配器才能接收这个数据帧。适配器对不是发送给自己的数据帧丢弃。这样，具有广播特性的总线上实现了一对一的通信。</p>
<p>为了通信方便，以太网采用两种措施：</p>
<ul>
<li>采用较为灵活的无连接的工作方式，即不必先建立连接就可以直接发送数据。适配器对发送的数据帧不进行编码，也不要求对方发回确认。</li>
<li>以太网发送的数据都使用曼切斯特编码的信号。</li>
</ul>
<p>CSMA/CM协议的要点：</p>
<ul>
<li><strong>“多点接入”</strong>就是说明这是总线型网络，许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。协议的实质是“载波监听”和“碰撞检测”。</li>
<li><strong>“载波监听”</strong>就是用电子技术检测总线上有没有其他计算机也在发送。其实总线上并没有什么“载波”，这里只不过借用“载波”这个名词。因此载波监听就是检测新的。不管在发送前，还是在发送中，每个站都必须不停地检测信道。在发送前检测信道，是为了获得发送权。在发送中检测信道，是为了及时发现有没有其他站的发送和本站发送的碰撞。这就称为碰撞检测。</li>
<li><strong>“碰撞检测”</strong>也就是<strong>“边发送边监听”</strong>，即适配器边发送数据边检测信道上信号电压的变化情况，以便判断自己在发送数据时其他站是否也在发送数据。如果几个站同时在总线上发送数据，总线上的信号电压幅度会增大（相互叠加）。当适配器检测到的信号电压变化幅度超过一定的门限值，就认为总线上至少有两个站同时发送数据，表明产生了碰撞。所谓“碰撞”就是发送了冲突。因此碰撞检测，也称为<strong>“冲突检测”</strong>。如果发现总线出现了碰撞，其适配器就要立即停止发送，免得继续进行无效发送，浪费网络资源，然后等待一段随机时间再次发送。</li>
</ul>
<p>既然每一个站在发送数据之前已经监听到信道为<strong>“空闲”</strong>，那么为什么还会出现数据在总线上的碰撞呢？这是因为电磁波在总线上总是以有限的速率传播的。下图说明了这种情况。设图中的局域网两端的站A和B相局1km，用同轴电缆相连。<strong>电磁波在1km电缆的传播时延为5$\mu s$</strong>。因此，A向B发出的数据，在约5$\mu s$后才能传到B。换言之，B若在A发送的数据到达B之前发送自己的帧（因为这时B的载波监听检测不到A所发送的信息），则必然要在某个时间和A发送的帧发送碰撞。碰撞的结果是两个帧都变得无用。</p>
<p>在局域网的分析中，常把总线上的<strong>单程端到端传播时延记为$\tau$</strong>。发送数据的站希望尽早知道是否发生了碰撞。从图中可知，最多是两倍的总线端到端的传播时延$(2\tau)$，发送者知道自己的数据和其他站发送的数据有没有发生碰撞。</p>
<p><img src="https://i.imgur.com/X1QKtM5.jpg" alt=""></p>
<p>显然，在使用CSMA/CD协议时，一个站不可能同时进行发送和接受（但必须边发送边监听信道）。因此使用CSMA/CD协议的以太网不可能进行全双工通信，而只能进行双向交替通信(半双工通信)。</p>
<p>从上图可以看出，最先发送数据帧的A站，在发送数据帧后至多经过时间$2\tau$就可知道所发送的数据帧是否遭受了碰撞。这就是$\delta \rightarrow 0$的情况。因此以太网的端到端往返时间$2\tau$称为<strong>争用期</strong>。争用期又称为<strong>碰撞窗口</strong>。经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发送碰撞。这时，就可以放心把这一帧数据顺序发送完毕。</p>
<p>以太网使用<strong>截断二进制指数退避</strong>算法来确定碰撞后重传的时机。这种算法让发送碰撞的站在停止发送数据后，不是等待信道变为空闲后立即再发送数据，而是推迟一个随机的时间。这点很容易理解，因为如果几个发送碰撞的站都再监听信道，那么都会同时发现信道变为了空闲。如果大家同时再重新发送，那么肯定又发送了碰撞。为了使各站进行重传时再发送冲突的概率减少，具体的退避算法如下：</p>
<p>（1）协议规定了基本退避时间为争用期$2\tau$，具体的<strong>争用期时间是$51.2\mu s$</strong>。对于$10Mb/s$以太网，再争用期内可发送$512bit$，即64字节。也可以说争用期是512比特时间。1比特时间就是发送1比特所需的时间。</p>
<p>（2）从离散的整数集合$[0,1,\dots, (2^k-1)]$中随机取出一个数，即为$r$。重传应推后的时间就是$r$倍的争用期。上面的参数$k$的计算如下：</p>
<p>$k = Min[重传次数，10]$</p>
<p>可见当重传次数不超过10时，参数$k$等于重传次数；但当重传的次数超过10时，$k$就不再增大而一直等于10。</p>
<p>（3）当重传达16次仍不能成功时（这表明同时打算发送数据的站太多，以至连续发送冲突），则丢弃该帧，并向高层报告。</p>
<h2 id="3-4-使用广播信道的以太网"><a href="#3-4-使用广播信道的以太网" class="headerlink" title="3.4 使用广播信道的以太网"></a>3.4 使用广播信道的以太网</h2><h3 id="3-4-1-使用集线器的星形拓扑"><a href="#3-4-1-使用集线器的星形拓扑" class="headerlink" title="3.4.1 使用集线器的星形拓扑"></a>3.4.1 使用集线器的星形拓扑</h3><p>传统以太网最初使用粗同轴电缆，后来演进到使用比较便宜的细同轴电缆，最后发展为使用便宜和更灵活的双绞线。这种以太网采用星形拓扑，在星形的中心则增加了一种可靠性非常高的设备，叫做<strong>集线器(hub)</strong>。如下图所示，双绞线以太网总是和集线器配合使用的。每个站需要用两对无屏蔽双绞线（放在一根电缆内），分别用户发送和接受。双绞线的两端使用<a href="https://baike.baidu.com/item/RJ45/3401007?fromtitle=RJ-45&amp;fromid=4590148&amp;fr=aladdin" target="_blank" rel="noopener">RJ-45</a>插头。由于集线器使用了大规模集成电路芯片，因此集线器的可靠性就大大提高了。1990年，IEEE指定了星形以太网10BASE-T的标准802.3i。“10”代表10Mb/s的数据率，BASE表示连接线上的信号是基带信号，T代表双绞线。</p>
<p><img src="https://i.imgur.com/hlnH9LS.jpg" alt=""></p>
<p>但10BASE-T以太网的通信距离稍短，每个站到集线器的距离不超过100m。</p>
<p>使双绞线能够传送高速数据的主要措施是把双绞线的绞合度做得非常精确。这样不仅可使特性阻抗均匀减少失真，而且大大减少了电磁波辐射和无线电频率得干扰。</p>
<p>集线器的特点：</p>
<ul>
<li>使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各站共享逻辑上的总线，使用的还是CSMA\CD协议。</li>
<li>一个集线器有许多接口，例如8至16个，每个接口通过RJ-45插头用两对双绞线于一个工作站上的适配器相连。</li>
<li>集线器工作在物理层，它的每个接口仅仅简单地转发比特–收到1就转发1，收到0转发0，不仅碰撞检测。</li>
</ul>
<p><img src="https://i.imgur.com/L8fD1Nc.jpg" alt=""></p>
<ul>
<li>集线器采用了专门的芯片，进行自适应串音回波抵消。这样就可使转发出去的较强信号不致对该接口收到的较弱信号产生干扰。</li>
</ul>
<h3 id="3-4-2-以太网的信道利用率"><a href="#3-4-2-以太网的信道利用率" class="headerlink" title="3.4.2 以太网的信道利用率"></a>3.4.2 以太网的信道利用率</h3><h3 id="3-4-3-以太网的MAC层"><a href="#3-4-3-以太网的MAC层" class="headerlink" title="3.4.3 以太网的MAC层"></a>3.4.3 以太网的MAC层</h3><h4 id="1-MAC层的硬件地址"><a href="#1-MAC层的硬件地址" class="headerlink" title="1.MAC层的硬件地址"></a>1.MAC层的硬件地址</h4><p>在局域网中，<strong>硬件地址</strong>又称为<strong>物理地址</strong>或<strong>MAC地址</strong>（因为这种地址用在MAC帧中）。</p>
<p>IEEE802标准为局域网规定了一种48位的全球地址，是指局域网上的每一计算机中固化在适配器的ROM中的地址。</p>
<h4 id="2-MAC帧的格式"><a href="#2-MAC帧的格式" class="headerlink" title="2.MAC帧的格式"></a>2.MAC帧的格式</h4><p>常用的以太网MAC帧格式有两种格式，一种是DIX Ethernet V2标准（即以太网V2标准），另一种是IEEE的802.3。这里只介绍使用最多的以太网V2的MAC帧格式，如下图。图中，假定网络层使用的是IP协议。</p>
<p><img src="https://i.imgur.com/ndJZ2UW.jpg" alt=""></p>
<p>以太网V2的MAC帧比较为简单，由5个字段组成。前两个字段分别为6个字节的<strong>目的地址和源地址</strong>。第三个字段是2字节的<strong>类型字段</strong>，用来标志上一层使用的是什么协议，以便把收到的MAC帧的数据上交给上一层的这个协议。第四个字段是<strong>数据字段</strong>，其长度在46到1500字节之间（最小长度64字节减去18字节的首部和尾部就得出数据字段的最小长度）。最后一个字段是4字节的<strong>帧检验序列FCS(使用CRC检验)</strong>。</p>
<p>MAC帧其首部没有一个帧长度（或数据长度）的字段。曼切斯特编码的每一个码元的正中间一定有一次电压的转换（从高到低或低到高）。当发送方把一个以太网帧发送完毕后，就不再发送其他码元了。因此，发送方网络适配器的接口上的电压也就不再变化了。这样，接收方可以很容易地找到以太网帧的结束位置，在这个位置往前数4字节（FCS字段长度是4字节），就能确定数据字段的结束位置。</p>
<p>当数据字段的长度小于46字节，MAC层就会在数据字段的后面加入一个整数字节的填充，以保证以太网的MAC帧长不小于64字节。MAC帧的首部没有指出数据字段的长度是多少。在有填充时，接收端的MAC子层在剥去首部和尾部后就把数据字段和填充字段一起交给上层协议。上层协议具有识别有效的数据字段长度的功能。当上层使用IP协议时，其首部有一个“总长度”字段。因此，“总长度”加上填充字段的长度，应当等于MAC帧数据字段的长度。例如，当IP数据报的总长度为42字节时，填充字段共有4字节。当MAC帧把46字节的数据上交给IP层后，IP层就把其中最后4字节的填充字段丢弃。</p>
<p>从上图可知，在传输媒体上实际传送的要比MAC帧还多8个字节。这是因为当一个站在刚开始接收MAC帧时，由于适配器的时钟尚未与达到的比特流达到同步，因此MAC帧的最前面的若干位无法接受，结果使整个的MAC成为无用帧。为了接收端迅速实现位同步，从MAC子层向下传到物理层时还要在帧的前面插入8个字节，它由两个字段构成。第一个字节是7个字节的<strong>前同步码</strong>（1和0交替码），它的作用是使接收端的适配器在接收MAC帧时能够迅速调整其时针频率，使它和发送端的时针同步，即“实现位同步”。第二个字段是<strong>帧开始定界帧</strong>，定义为10101011。它的前六位的作用和前同步码一样，最后的两个连续的1就是告诉接收端适配器：“MAC帧的信息马上就来，请适配器注意接收”。</p>
<p>IEEE802.3标准规定如下情况为无效的MAC帧：</p>
<ul>
<li>帧的长度不是整数个字节</li>
<li>用收到的帧检验序列FCS查出由差错</li>
<li>收到的帧的MAC客户数据字段的长度不在46~1500字节之间。考虑到MAC帧首部和尾部的长度共有18字节，可以得出有效的MAC帧长度为64-1518字节之间</li>
</ul>
<p>对于检查无效的帧就简单的丢弃，以太网不负责重传丢弃的帧。</p>
<p>IEEE 802.3规定的MAC帧的第三个字段是“类型和长度”。（1）当这个字段值大于0x0600（十进制1536）时，就表示类型，这样的帧和以太网V2 MAC帧完全一样。（2）只有当这个字段小于0x0x600时才表示“长度”，即MAC帧的数据部分长度。这种情况下，若数据字段的长度于长度字段的值不一致时，则该帧为无效的MAC帧。由于以太网采用曼切斯特编码，长度字段并无实际意义。</p>
<p>当”长度/类型“字段值小于0x0600时，数据字段必须装入上面的逻辑链路控制LLC子层的LLC帧。</p>
<h2 id="3-5-扩展的以太网"><a href="#3-5-扩展的以太网" class="headerlink" title="3.5 扩展的以太网"></a>3.5 扩展的以太网</h2><p>以太网的覆盖范围扩展</p>
<h3 id="3-5-1-在物理层扩展以太网"><a href="#3-5-1-在物理层扩展以太网" class="headerlink" title="3.5.1 在物理层扩展以太网"></a>3.5.1 在物理层扩展以太网</h3><p>以太网的主机之间的距离不能太远（10BASE-T以太网的两个主机之间的距离不超过200米），否则主机发送的信号经过铜线传输衰减到使CSMA/CD协议无法正常工作。</p>
<p>扩展主机和集线器之间的距离的一种简单方法就是使用光纤和一对光纤调制解调器，如下图：</p>
<p><img src="https://i.imgur.com/dsCqwRx.png" alt=""></p>
<p>光纤调制解调器的作用就是：进行电信号和光信号的转换。由于光纤带来的实现很小，并且带宽高，因此这种方法可以很容易地使主机和几公里以外的集线器相连。</p>
<p>如果使用多个集线器，就可以连接覆盖更大范围的多级星形结果的以太网。例如，一个学院三个系各有一个10BASE-T的以太网，如下图：</p>
<p><img src="https://i.imgur.com/qvrF21m.png" alt=""></p>
<p>可通过一个主干集线器把各系的以太网连接起来，成为一个更大的以太网：</p>
<p><img src="https://i.imgur.com/XkpvgoF.png" alt=""></p>
<p>这样的两个好处：（1）扩大了以太网覆盖的地理范围；（2）使这个学院不同系的以太网的计算机能够进行跨系的通信。</p>
<h3 id="3-5-2-在数据链路层扩展以太网"><a href="#3-5-2-在数据链路层扩展以太网" class="headerlink" title="3.5.2 在数据链路层扩展以太网"></a>3.5.2 在数据链路层扩展以太网</h3><p>在数据链路层扩展以太网要使用网桥。<strong>网桥工作在数据链路层。</strong>它根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行<strong>转发</strong>和<strong>过滤</strong>。当网桥收到一个帧时，并不是所有的接口转发此帧，而是先检查此帧的目的MAC帧，然后再确定将该帧转发到哪一个接口，或者是把它丢弃（即过滤）。</p>
<h4 id="1-网桥的内部结构"><a href="#1-网桥的内部结构" class="headerlink" title="1.网桥的内部结构"></a>1.网桥的内部结构</h4><p>下图给出了一个网桥的内部结构要点。两个以太网通过网桥连接起来，就成为一个覆盖范围更大的以太网，而原来的每个以太网就可以称为一个<strong>网段(segment)</strong>。图中接口1和接口2各连到一个网段。</p>
<p><img src="https://i.imgur.com/2NcTCgt.png" alt=""></p>
<p>网桥依靠<strong>转发表</strong>来转发帧。转发表也叫做<strong>转发数据库</strong>或<strong>路由目录</strong>。如上图，（1）若网桥从接口1收到A发给E的帧，则在查找转发表后，把这个帧送到接口2转发到另一个网段，使E能够收到这个帧。（2）若网桥从接口1收到A发给B的帧，就丢弃这个帧，因为转发表指出，转发给B的帧应当从接口1转发出去，而现在正是从接口1收到这个帧，这说明A和B处在同一个网段上，B能够之间收到这个帧而不需要借助于网桥来实现。</p>
<p>网桥的好处：</p>
<ul>
<li>过滤通信量，增大吞吐量</li>
<li>扩大了物理范围</li>
<li>提高了可靠性</li>
<li>可互连不同的物理层、不同MAC子层和不同速率的以太网</li>
</ul>
<p>缺点：</p>
<ul>
<li>增加了时延，由于网桥对接收的帧要先存储和查找转发表，然后才转发，而转发之前，还鄙视执行CSMA/CD算法。</li>
<li>没有流量控制，当网络上的负载很重时，网桥中的缓存的存储可能不够而发生溢出，以至产生帧丢失的现象。</li>
<li>广播风暴，网桥只适合于用户不太多和通信量不太大的以太网，否则有时还会音传播过多的广播信息而产生网络拥堵。</li>
</ul>
<h4 id="2-透明网桥"><a href="#2-透明网桥" class="headerlink" title="2.透明网桥"></a>2.透明网桥</h4><p>目前使用最多的网桥就是透明网桥。其标准是IEEE 802.1D。”透明“指以太网上的站点不知道所发送的帧将经过哪几个网桥。透明网桥是一个种即插即用设备，意思是就只要把网桥接入局域网，不用人配置转发表网桥就能工作。</p>
<p>当网桥刚刚连接到以太网时，其转发表是空的。这时若网桥收到一个帧，网桥就按照以下<strong>自学习</strong>算法处理收到的帧（这样就逐步建立起转发表），并且按照转发表把帧转发出去。这种自学习算法比较简单，因为：<strong>若从某个站A发出的帧从接口x进入了某网桥，那么从这个接口出发沿着相反方向一定可以把一个帧传送到A。</strong>所以网桥只要每收到一个帧，就记下其<strong>源地址</strong>和<strong>进入网桥的接口</strong>，作为转发表中的一个项目。转发表中没有”源地址“这一栏，而只有”地址“这一栏。在建立转发表时，把<strong>帧首部的源地址</strong>写在地址这一栏。在转发帧时，则根据收到的帧首部中的目的地址来转发。这时把在”地址“栏下面记下的源地址当作目的地址，而把记下的进入接口当作转发接口。</p>
<p><strong>网桥和集线器的区别</strong></p>
<p>网桥是按存储转发方式工作的，一定是先把帧收下来（但集线器或转发器逐比特转发）再进行处理，而不管其目的地址是什么。此外，网桥丢弃CRC检验有差错的帧以及帧长过短或过长的无效帧。</p>
<p><img src="https://i.imgur.com/9MqoCjd.png" alt=""></p>
<p>A向B发送帧：连接在同一个局域网上的站点B和网桥1都能收到A发送的帧。网桥1先按源地址A查找转发表，网桥1的转发表中没有A的地址，于是把地址A和收到此帧的接口1写入转发表。这就表示，以后若收到要发给A的帧，就应当从这个接口1转发出去。接着再按目的地址B查找。转发表中没有B的地址，于是就通过除收到此帧的接口1以外的所有接口（现在就是接口2）转发该帧。网桥2从其接口1收到追个转发过来的帧。</p>
<p>网桥2按同样的方式处理收到的帧。网桥2的转发表中没有A的地址，因此在转发表中写入地址A和接口1.网桥2的转发表中没有B的地址，因此网桥2通过除收到此帧的接口1以外的所有接口转发这个帧。</p>
<p>B本来可以之间收到A发送的帧，让网桥1和网桥2盲目地转发这个帧的原因是：这两个网桥当时并不知道网络拓扑，因此要通过自学习过程才能逐步弄清楚所连接的网络拓扑，建立起自己的转发表。</p>
<p><strong>自学习和转发的一般步骤</strong></p>
<ul>
<li>网桥收到一帧后先进行自学习。查找转发表中与收到帧的源地址有无相匹配的项目。如没有，就在转发表中增加一个项目。如有，则把原有的项目进行更新。</li>
<li>转发帧。查找转发表中与收到帧的目的地址有无相匹配的项目。如没有，则通过所有其他接口进行转发。如有，则按转发表中给出的接口进行转发。但应注意，若转发表中给出的接口就是该帧进入网桥的接口，则应丢弃该帧。</li>
</ul>
<p>透明网桥还使用了一个<strong>生成树算法</strong>。即互连在一起的网桥在进行批次通信后，就能找出原来的网络拓扑的一个子集。在这个子集里，整个连通的网络中不存在回路，即在任何两个站之间只有一条路径。</p>
<p>找出一个生成书的目的：为了避免产生转发的帧在网络中不断地<strong>兜圈子</strong>。</p>
<h4 id="3-源路由网桥"><a href="#3-源路由网桥" class="headerlink" title="3. 源路由网桥"></a>3. 源路由网桥</h4><p>透明网桥的最大优点是容易安装，一接上就能工作。但是，网络资源的利用还不充分。因此，另一种由发送帧的源站负责路由选择的忘记就问世了，这就是<strong>源路由网桥</strong>。</p>
<p>源路由网桥是在发送帧时，把详细的路由信息放在帧的首部中。</p>
<p>源站选择路由的原理：为了发现合适的路由，源站以广播的方式向欲通信的目的站发送一个<strong>发现帧</strong>作为探测之用。发现帧将在整个扩展的以太网中沿着所有可能的路由传送。在传送过程中，每个发现帧都记录所经过的路由。当这些帧到达目的站时，就沿着各自的路由返回源站。源站在得知这些路由后，从所有可能的路由中选择出一个最佳路由。以后，凡从这个源站向该目的站发送的帧的首部，都必须携带源站所确定的这个路由信息。</p>
<p>发现帧还有另一个作用，就是帮助源站确定整个网络可以通过的帧的最大长度。</p>
<p>源路由网桥对主机不透明，主机必须直到网桥的表示以及连接到哪一个网段上。若在两个以太网之间使用并联的源路由网桥，则可使通信较平均地分配给每一个网桥。</p>
<h4 id="4-多接口网桥–以太网交换机"><a href="#4-多接口网桥–以太网交换机" class="headerlink" title="4.多接口网桥–以太网交换机"></a>4.多接口网桥–以太网交换机</h4><p>交换式集线器常称为以太网<strong>交换机</strong>或<strong>第二层交换机</strong>，表明这种交换机工作在数据链路层。</p>
<p>网桥的接口数很少，一般只有2~4个，而以太网交换机通常都有十几个接口。因此，以太网交换机实质上就是一个多接口的网桥，和工作在物理层的转发器、集线器有很大的差别。</p>
<p>以太网交换机和透明网桥一样，也是一种即插即用设备，其内部的帧转发表也是通过自学习算法自动逐渐建立起来的。当两个站通信完成后就断开连接。以太网交换机由于使用了专门的交换结构芯片，其交换速率就教高。</p>
<p>利用以太网交换机可以很方便实现<strong>虚拟局域网VLAN</strong>。虚拟局域网是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组，而这些网段具有某些共同的需求。每一个VLAN的帧都有一个明确的标识符，指明发送这个帧的工作站属于哪一个VLAN。</p>
<p>虚拟局域网其实只是<strong>局域网给用户提供的一种服务，而并不是一种新型局域网。</strong></p>
<p><img src="https://i.imgur.com/DFaYEN5.png" alt=""></p>
<p>利用以太网交换机可以很方便地将这10个工作站划分为三个虚拟局域网：$VLAN_1$,$VLAN_2$,$VLAN_3$。在虚拟局域网上的每一个站都可以收到同一个虚拟局域网上的其他成员发出的广播。例如:当 B1 向 VLAN2 工作组内成员发送数据时，工作站 B2 和 B3 将会收到广播的信息。B1 发送数据时，工作站 A1, A2 和 C1都不会收到 B1 发出的广播信息。 </p>
<p>虚拟局域网限制了接收广播信息的工作站数，使得网络不会因传播过多的广播信息(即“广播风暴”)而引起性能恶化。</p>
<p>1988年IEEE批准了802.3ac标准，这个标准定义了以太网的帧格式的扩展，以便支持虚拟局域网。虚拟局域网协议允许在以太网的帧格式中插入4个字节的标识符，称为VLAN标记（tag）,用来指明发送该帧的工作站属于哪一个虚拟局域网。</p>
<p><img src="https://i.imgur.com/NQTI1Mx.png" alt=""></p>
<p>VLAN标记字段的长度是4个字节，插入在以太网MAC帧的源地址字段和类型字段中间。VLAN标记的前两个字节总是设置为0像100，称为IEEE 802.1Q标记类型。当数据链路层检测到MAC帧的源地址字段后面的两个字节的值是0x8100，就知道插入了4字节的VLAN标记。于是就接着检查后面两个字节的内容。后面两个字节中，前三位是用户优先级字段，接着的一位是<strong>规范格式指示符</strong>，最后的12位是该虚拟局域网VLAN标识符VID，它唯一地标志了这个以太网帧是属于哪一个VLAN。</p>
<h2 id="3-6-高速以太网"><a href="#3-6-高速以太网" class="headerlink" title="3.6 高速以太网"></a>3.6 高速以太网</h2><p>速率达到或超过100Mb/s的以太网称为<strong>高速以太网</strong>。</p>
<h3 id="3-6-1-100BASE-T-以太网"><a href="#3-6-1-100BASE-T-以太网" class="headerlink" title="3.6.1 100BASE-T 以太网"></a>3.6.1 100BASE-T 以太网</h3><p>在双绞线上传送 100 Mb/s 基带信号的星型拓扑以太网，仍使用 IEEE 802.3 的CSMA/CD 协议。100BASE-T 以太网又称为快速以太网(Fast Ethernet)。 </p>
<p>100BASE-T 以太网特定：</p>
<ul>
<li>可在全双工方式下工作而无冲突发生。因此，不使用 CSMA/CD 协议。</li>
<li>MAC 帧格式仍然是 802.3 标准规定的。</li>
<li>保持最短帧长不变，但将一个网段的最大电缆长度减小到 100 m。</li>
<li>帧间时间间隔从原来的 9.6$\mu$s 改为现在的 0.96$\mu$s。    </li>
</ul>
<h3 id="3-6-2-吉比特以太网"><a href="#3-6-2-吉比特以太网" class="headerlink" title="3.6.2 吉比特以太网"></a>3.6.2 吉比特以太网</h3><ul>
<li>允许在 1 Gb/s 下全双工和半双工两种方式工作。</li>
<li>使用 802.3 协议规定的帧格式。</li>
<li>在半双工方式下使用 CSMA/CD 协议（全双工方式不需要使用 CSMA/CD 协议）。</li>
<li>与 10BASE-T 和 100BASE-T 技术向后兼容。</li>
</ul>

      
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class="nav-text">3.差错检测</span></a></li></ol></li></ol></li><li class="nav-item nav-level-2"><a class="nav-link" href="#3-2-点对点协议PPP"><span class="nav-number">2.</span> <span class="nav-text">3.2 点对点协议PPP</span></a><ol class="nav-child"><li class="nav-item nav-level-3"><a class="nav-link" href="#3-2-1-PPP协议的特点"><span class="nav-number">2.1.</span> <span class="nav-text">3.2.1 PPP协议的特点</span></a></li><li class="nav-item nav-level-3"><a class="nav-link" href="#3-2-2-PPP协议的帧格式"><span class="nav-number">2.2.</span> <span class="nav-text">3.2.2 PPP协议的帧格式</span></a><ol class="nav-child"><li class="nav-item nav-level-4"><a class="nav-link" href="#1-各字段的意义"><span class="nav-number">2.2.1.</span> <span class="nav-text">1. 各字段的意义</span></a></li><li class="nav-item nav-level-4"><a class="nav-link" href="#2-字节填充"><span class="nav-number">2.2.2.</span> <span class="nav-text">2. 字节填充</span></a></li><li class="nav-item nav-level-4"><a class="nav-link" href="#3-零比特填充"><span class="nav-number">2.2.3.</span> <span class="nav-text">3. 零比特填充</span></a></li></ol></li></ol></li><li class="nav-item nav-level-2"><a class="nav-link" href="#3-3-使用广播信道的数据链路层"><span class="nav-number">3.</span> <span class="nav-text">3.3 使用广播信道的数据链路层</span></a><ol class="nav-child"><li class="nav-item nav-level-3"><a class="nav-link" href="#3-3-1-局域网的数据链路层"><span class="nav-number">3.1.</span> <span class="nav-text">3.3.1 局域网的数据链路层</span></a></li><li class="nav-item nav-level-3"><a class="nav-link" href="#3-3-2-CSMA-CD协议"><span class="nav-number">3.2.</span> <span class="nav-text">3.3.2 CSMA/CD协议</span></a></li></ol></li><li class="nav-item nav-level-2"><a class="nav-link" href="#3-4-使用广播信道的以太网"><span class="nav-number">4.</span> <span class="nav-text">3.4 使用广播信道的以太网</span></a><ol class="nav-child"><li class="nav-item nav-level-3"><a class="nav-link" href="#3-4-1-使用集线器的星形拓扑"><span class="nav-number">4.1.</span> <span class="nav-text">3.4.1 使用集线器的星形拓扑</span></a></li><li class="nav-item nav-level-3"><a class="nav-link" href="#3-4-2-以太网的信道利用率"><span class="nav-number">4.2.</span> <span class="nav-text">3.4.2 以太网的信道利用率</span></a></li><li class="nav-item nav-level-3"><a class="nav-link" href="#3-4-3-以太网的MAC层"><span class="nav-number">4.3.</span> <span class="nav-text">3.4.3 以太网的MAC层</span></a><ol class="nav-child"><li class="nav-item nav-level-4"><a class="nav-link" href="#1-MAC层的硬件地址"><span class="nav-number">4.3.1.</span> <span class="nav-text">1.MAC层的硬件地址</span></a></li><li class="nav-item nav-level-4"><a class="nav-link" href="#2-MAC帧的格式"><span class="nav-number">4.3.2.</span> <span class="nav-text">2.MAC帧的格式</span></a></li></ol></li></ol></li><li class="nav-item nav-level-2"><a class="nav-link" href="#3-5-扩展的以太网"><span class="nav-number">5.</span> <span class="nav-text">3.5 扩展的以太网</span></a><ol class="nav-child"><li class="nav-item nav-level-3"><a class="nav-link" href="#3-5-1-在物理层扩展以太网"><span class="nav-number">5.1.</span> <span class="nav-text">3.5.1 在物理层扩展以太网</span></a></li><li class="nav-item nav-level-3"><a class="nav-link" href="#3-5-2-在数据链路层扩展以太网"><span class="nav-number">5.2.</span> <span class="nav-text">3.5.2 在数据链路层扩展以太网</span></a><ol class="nav-child"><li class="nav-item nav-level-4"><a class="nav-link" href="#1-网桥的内部结构"><span class="nav-number">5.2.1.</span> <span class="nav-text">1.网桥的内部结构</span></a></li><li class="nav-item nav-level-4"><a class="nav-link" href="#2-透明网桥"><span class="nav-number">5.2.2.</span> <span class="nav-text">2.透明网桥</span></a></li><li class="nav-item nav-level-4"><a class="nav-link" href="#3-源路由网桥"><span class="nav-number">5.2.3.</span> <span class="nav-text">3. 源路由网桥</span></a></li><li class="nav-item nav-level-4"><a class="nav-link" href="#4-多接口网桥–以太网交换机"><span class="nav-number">5.2.4.</span> <span class="nav-text">4.多接口网桥–以太网交换机</span></a></li></ol></li></ol></li><li class="nav-item nav-level-2"><a class="nav-link" href="#3-6-高速以太网"><span class="nav-number">6.</span> <span class="nav-text">3.6 高速以太网</span></a><ol class="nav-child"><li class="nav-item nav-level-3"><a class="nav-link" href="#3-6-1-100BASE-T-以太网"><span class="nav-number">6.1.</span> <span class="nav-text">3.6.1 100BASE-T 以太网</span></a></li><li class="nav-item nav-level-3"><a class="nav-link" href="#3-6-2-吉比特以太网"><span class="nav-number">6.2.</span> <span class="nav-text">3.6.2 吉比特以太网</span></a></li></ol></li></ol></div>
            

          </div>
        </section>
      <!--/noindex-->
      

      

    </div>
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      </div>
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  if (Object.prototype.toString.call(window.Promise) !== '[object Function]') {
    window.Promise = null;
  }
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  <div id="lv-container" data-uid="MTAyMC8zODgxNC8xNTM0Mg==">
    <script type="text/javascript">
      (function(d, s) {
        var j, e = d.getElementsByTagName(s)[0];
        if (typeof LivereTower === 'function') { return; }
        j = d.createElement(s);
        j.src = 'https://cdn-city.livere.com/js/embed.dist.js';
        j.async = true;
        e.parentNode.insertBefore(j, e);
      })(document, 'script');
    </script>
	</div>
  











  

  <script type="text/javascript">
    // Popup Window;
    var isfetched = false;
    var isXml = true;
    // Search DB path;
    var search_path = "search.xml";
    if (search_path.length === 0) {
      search_path = "search.xml";
    } else if (/json$/i.test(search_path)) {
      isXml = false;
    }
    var path = "/" + search_path;
    // monitor main search box;

    var onPopupClose = function (e) {
      $('.popup').hide();
      $('#local-search-input').val('');
      $('.search-result-list').remove();
      $('#no-result').remove();
      $(".local-search-pop-overlay").remove();
      $('body').css('overflow', '');
    }

    function proceedsearch() {
      $("body")
        .append('<div class="search-popup-overlay local-search-pop-overlay"></div>')
        .css('overflow', 'hidden');
      $('.search-popup-overlay').click(onPopupClose);
      $('.popup').toggle();
      var $localSearchInput = $('#local-search-input');
      $localSearchInput.attr("autocapitalize", "none");
      $localSearchInput.attr("autocorrect", "off");
      $localSearchInput.focus();
    }

    // search function;
    var searchFunc = function(path, search_id, content_id) {
      'use strict';

      // start loading animation
      $("body")
        .append('<div class="search-popup-overlay local-search-pop-overlay">' +
          '<div id="search-loading-icon">' +
          '<i class="fa fa-spinner fa-pulse fa-5x fa-fw"></i>' +
          '</div>' +
          '</div>')
        .css('overflow', 'hidden');
      $("#search-loading-icon").css('margin', '20% auto 0 auto').css('text-align', 'center');

      $.ajax({
        url: path,
        dataType: isXml ? "xml" : "json",
        async: true,
        success: function(res) {
          // get the contents from search data
          isfetched = true;
          $('.popup').detach().appendTo('.header-inner');
          var datas = isXml ? $("entry", res).map(function() {
            return {
              title: $("title", this).text(),
              content: $("content",this).text(),
              url: $("url" , this).text()
            };
          }).get() : res;
          var input = document.getElementById(search_id);
          var resultContent = document.getElementById(content_id);
          var inputEventFunction = function() {
            var searchText = input.value.trim().toLowerCase();
            var keywords = searchText.split(/[\s\-]+/);
            if (keywords.length > 1) {
              keywords.push(searchText);
            }
            var resultItems = [];
            if (searchText.length > 0) {
              // perform local searching
              datas.forEach(function(data) {
                var isMatch = false;
                var hitCount = 0;
                var searchTextCount = 0;
                var title = data.title.trim();
                var titleInLowerCase = title.toLowerCase();
                var content = data.content.trim().replace(/<[^>]+>/g,"");
                var contentInLowerCase = content.toLowerCase();
                var articleUrl = decodeURIComponent(data.url);
                var indexOfTitle = [];
                var indexOfContent = [];
                // only match articles with not empty titles
                if(title != '') {
                  keywords.forEach(function(keyword) {
                    function getIndexByWord(word, text, caseSensitive) {
                      var wordLen = word.length;
                      if (wordLen === 0) {
                        return [];
                      }
                      var startPosition = 0, position = [], index = [];
                      if (!caseSensitive) {
                        text = text.toLowerCase();
                        word = word.toLowerCase();
                      }
                      while ((position = text.indexOf(word, startPosition)) > -1) {
                        index.push({position: position, word: word});
                        startPosition = position + wordLen;
                      }
                      return index;
                    }

                    indexOfTitle = indexOfTitle.concat(getIndexByWord(keyword, titleInLowerCase, false));
                    indexOfContent = indexOfContent.concat(getIndexByWord(keyword, contentInLowerCase, false));
                  });
                  if (indexOfTitle.length > 0 || indexOfContent.length > 0) {
                    isMatch = true;
                    hitCount = indexOfTitle.length + indexOfContent.length;
                  }
                }

                // show search results

                if (isMatch) {
                  // sort index by position of keyword

                  [indexOfTitle, indexOfContent].forEach(function (index) {
                    index.sort(function (itemLeft, itemRight) {
                      if (itemRight.position !== itemLeft.position) {
                        return itemRight.position - itemLeft.position;
                      } else {
                        return itemLeft.word.length - itemRight.word.length;
                      }
                    });
                  });

                  // merge hits into slices

                  function mergeIntoSlice(text, start, end, index) {
                    var item = index[index.length - 1];
                    var position = item.position;
                    var word = item.word;
                    var hits = [];
                    var searchTextCountInSlice = 0;
                    while (position + word.length <= end && index.length != 0) {
                      if (word === searchText) {
                        searchTextCountInSlice++;
                      }
                      hits.push({position: position, length: word.length});
                      var wordEnd = position + word.length;

                      // move to next position of hit

                      index.pop();
                      while (index.length != 0) {
                        item = index[index.length - 1];
                        position = item.position;
                        word = item.word;
                        if (wordEnd > position) {
                          index.pop();
                        } else {
                          break;
                        }
                      }
                    }
                    searchTextCount += searchTextCountInSlice;
                    return {
                      hits: hits,
                      start: start,
                      end: end,
                      searchTextCount: searchTextCountInSlice
                    };
                  }

                  var slicesOfTitle = [];
                  if (indexOfTitle.length != 0) {
                    slicesOfTitle.push(mergeIntoSlice(title, 0, title.length, indexOfTitle));
                  }

                  var slicesOfContent = [];
                  while (indexOfContent.length != 0) {
                    var item = indexOfContent[indexOfContent.length - 1];
                    var position = item.position;
                    var word = item.word;
                    // cut out 100 characters
                    var start = position - 20;
                    var end = position + 80;
                    if(start < 0){
                      start = 0;
                    }
                    if (end < position + word.length) {
                      end = position + word.length;
                    }
                    if(end > content.length){
                      end = content.length;
                    }
                    slicesOfContent.push(mergeIntoSlice(content, start, end, indexOfContent));
                  }

                  // sort slices in content by search text's count and hits' count

                  slicesOfContent.sort(function (sliceLeft, sliceRight) {
                    if (sliceLeft.searchTextCount !== sliceRight.searchTextCount) {
                      return sliceRight.searchTextCount - sliceLeft.searchTextCount;
                    } else if (sliceLeft.hits.length !== sliceRight.hits.length) {
                      return sliceRight.hits.length - sliceLeft.hits.length;
                    } else {
                      return sliceLeft.start - sliceRight.start;
                    }
                  });

                  // select top N slices in content

                  var upperBound = parseInt('1');
                  if (upperBound >= 0) {
                    slicesOfContent = slicesOfContent.slice(0, upperBound);
                  }

                  // highlight title and content

                  function highlightKeyword(text, slice) {
                    var result = '';
                    var prevEnd = slice.start;
                    slice.hits.forEach(function (hit) {
                      result += text.substring(prevEnd, hit.position);
                      var end = hit.position + hit.length;
                      result += '<b class="search-keyword">' + text.substring(hit.position, end) + '</b>';
                      prevEnd = end;
                    });
                    result += text.substring(prevEnd, slice.end);
                    return result;
                  }

                  var resultItem = '';

                  if (slicesOfTitle.length != 0) {
                    resultItem += "<li><a href='" + articleUrl + "' class='search-result-title'>" + highlightKeyword(title, slicesOfTitle[0]) + "</a>";
                  } else {
                    resultItem += "<li><a href='" + articleUrl + "' class='search-result-title'>" + title + "</a>";
                  }

                  slicesOfContent.forEach(function (slice) {
                    resultItem += "<a href='" + articleUrl + "'>" +
                      "<p class=\"search-result\">" + highlightKeyword(content, slice) +
                      "...</p>" + "</a>";
                  });

                  resultItem += "</li>";
                  resultItems.push({
                    item: resultItem,
                    searchTextCount: searchTextCount,
                    hitCount: hitCount,
                    id: resultItems.length
                  });
                }
              })
            };
            if (keywords.length === 1 && keywords[0] === "") {
              resultContent.innerHTML = '<div id="no-result"><i class="fa fa-search fa-5x" /></div>'
            } else if (resultItems.length === 0) {
              resultContent.innerHTML = '<div id="no-result"><i class="fa fa-frown-o fa-5x" /></div>'
            } else {
              resultItems.sort(function (resultLeft, resultRight) {
                if (resultLeft.searchTextCount !== resultRight.searchTextCount) {
                  return resultRight.searchTextCount - resultLeft.searchTextCount;
                } else if (resultLeft.hitCount !== resultRight.hitCount) {
                  return resultRight.hitCount - resultLeft.hitCount;
                } else {
                  return resultRight.id - resultLeft.id;
                }
              });
              var searchResultList = '<ul class=\"search-result-list\">';
              resultItems.forEach(function (result) {
                searchResultList += result.item;
              })
              searchResultList += "</ul>";
              resultContent.innerHTML = searchResultList;
            }
          }

          if ('auto' === 'auto') {
            input.addEventListener('input', inputEventFunction);
          } else {
            $('.search-icon').click(inputEventFunction);
            input.addEventListener('keypress', function (event) {
              if (event.keyCode === 13) {
                inputEventFunction();
              }
            });
          }

          // remove loading animation
          $(".local-search-pop-overlay").remove();
          $('body').css('overflow', '');

          proceedsearch();
        }
      });
    }

    // handle and trigger popup window;
    $('.popup-trigger').click(function(e) {
      e.stopPropagation();
      if (isfetched === false) {
        searchFunc(path, 'local-search-input', 'local-search-result');
      } else {
        proceedsearch();
      };
    });

    $('.popup-btn-close').click(onPopupClose);
    $('.popup').click(function(e){
      e.stopPropagation();
    });
    $(document).on('keyup', function (event) {
      var shouldDismissSearchPopup = event.which === 27 &&
        $('.search-popup').is(':visible');
      if (shouldDismissSearchPopup) {
        onPopupClose();
      }
    });
  </script>





  

  
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  <script>
    function showTime(Counter) {
      var query = new AV.Query(Counter);
      var entries = [];
      var $visitors = $(".leancloud_visitors");

      $visitors.each(function () {
        entries.push( $(this).attr("id").trim() );
      });

      query.containedIn('url', entries);
      query.find()
        .done(function (results) {
          var COUNT_CONTAINER_REF = '.leancloud-visitors-count';

          if (results.length === 0) {
            $visitors.find(COUNT_CONTAINER_REF).text(0);
            return;
          }

          for (var i = 0; i < results.length; i++) {
            var item = results[i];
            var url = item.get('url');
            var time = item.get('time');
            var element = document.getElementById(url);

            $(element).find(COUNT_CONTAINER_REF).text(time);
          }
          for(var i = 0; i < entries.length; i++) {
            var url = entries[i];
            var element = document.getElementById(url);
            var countSpan = $(element).find(COUNT_CONTAINER_REF);
            if( countSpan.text() == '') {
              countSpan.text(0);
            }
          }
        })
        .fail(function (object, error) {
          console.log("Error: " + error.code + " " + error.message);
        });
    }

    function addCount(Counter) {
      var $visitors = $(".leancloud_visitors");
      var url = $visitors.attr('id').trim();
      var title = $visitors.attr('data-flag-title').trim();
      var query = new AV.Query(Counter);

      query.equalTo("url", url);
      query.find({
        success: function(results) {
          if (results.length > 0) {
            var counter = results[0];
            counter.fetchWhenSave(true);
            counter.increment("time");
            counter.save(null, {
              success: function(counter) {
                var $element = $(document.getElementById(url));
                $element.find('.leancloud-visitors-count').text(counter.get('time'));
              },
              error: function(counter, error) {
                console.log('Failed to save Visitor num, with error message: ' + error.message);
              }
            });
          } else {
            var newcounter = new Counter();
            /* Set ACL */
            var acl = new AV.ACL();
            acl.setPublicReadAccess(true);
            acl.setPublicWriteAccess(true);
            newcounter.setACL(acl);
            /* End Set ACL */
            newcounter.set("title", title);
            newcounter.set("url", url);
            newcounter.set("time", 1);
            newcounter.save(null, {
              success: function(newcounter) {
                var $element = $(document.getElementById(url));
                $element.find('.leancloud-visitors-count').text(newcounter.get('time'));
              },
              error: function(newcounter, error) {
                console.log('Failed to create');
              }
            });
          }
        },
        error: function(error) {
          console.log('Error:' + error.code + " " + error.message);
        }
      });
    }

    $(function() {
      var Counter = AV.Object.extend("Counter");
      if ($('.leancloud_visitors').length == 1) {
        addCount(Counter);
      } else if ($('.post-title-link').length > 1) {
        showTime(Counter);
      }
    });
  </script>



  

  
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(function(){
    var bp = document.createElement('script');
    var curProtocol = window.location.protocol.split(':')[0];
    if (curProtocol === 'https') {
        bp.src = 'https://zz.bdstatic.com/linksubmit/push.js';        
    }
    else {
        bp.src = 'http://push.zhanzhang.baidu.com/push.js';
    }
    var s = document.getElementsByTagName("script")[0];
    s.parentNode.insertBefore(bp, s);
})();
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<script>
function showTime(Counter) {
	var query = new AV.Query(Counter);
	$(".leancloud_visitors").each(function() {
		var url = $(this).attr("id").trim();
		query.equalTo("url", url);
		query.find({
			success: function(results) {
				if (results.length == 0) {
					var content = $(document.getElementById(url)).text() + ' 0';
					$(document.getElementById(url)).text(content);
					return;
				}
				for (var i = 0; i < results.length; i++) {
					var object = results[i];
					var content = $(document.getElementById(url)).text() + ' ' + object.get('time');
					$(document.getElementById(url)).text(content);
				}
			}
		});

	});
}

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</body>
</html>
